[发明专利]螺旋桨桨叶布置

说明书

一种螺旋桨桨叶布置，包括螺旋桨桨叶，所述螺旋桨桨叶经由保持轴承附接到桨毂并且能够随所述桨毂旋转，所述桨叶能够围绕所述桨叶的中心线旋转，所述保持轴承被配置为使所述桨叶倾斜，使得所述桨叶的中心线相对于所述桨毂倾斜。

技术领域

本公开涉及用于飞机的螺旋桨设计以及优化桨叶离心恢复力矩。

背景技术

螺旋桨在桨毂周围安装有许多桨叶。桨毂和桨叶组围绕桨毂轴线旋转。此外，各个桨叶通过保持轴承安装到桨毂，所述保持轴承允许桨叶自身围绕垂直于桨毂轴线的旋转轴线旋转。这使得桨叶的间距能够变化来适应不同的飞行条件和输出功率要求。

根据飞行条件会使螺旋桨以不同的速度并以前向或反向操作模式旋转。在攀升期间，需要较大的功率和前向推力。在巡航阶段期间，前向推力使飞机向前移动。在着陆期间，螺旋桨以反向推力模式操作，以使飞机减速。

经由螺旋桨桨毂施加到桨叶的发动机扭矩使所述桨叶旋转并且产生推力。在不同的桨叶翼型站位周围循环的气流在每个站位处产生升力和阻力。沿着桨叶产生的升力和阻力的总和会在保持轴承所在的桨叶的根部处产生剪切载荷和高弯矩。保持轴承必须设计成具有足够的尺寸和强度，以承受此类弯曲力。现代的螺旋桨桨叶设计得尽可能轻巧，同时又保持强度。复合材料允许制造坚固且轻巧的桨叶，但是保持轴承仍需要设计成承受可能作用于桨叶的根部的弯曲力，以及较小的G力和剪切力。这对整个螺旋桨组件的尺寸和重量可减小的程度提供了限制。

一种降低气动力对桨叶的影响的方式是通过从由螺旋桨的旋转产生的G力产生相反的离心弯矩-恢复弯矩来平衡掉所述气动力。产生在与气动弯矩相同的平面上但是在基本上相反的方向上的恢复弯矩意味着在将这些弯矩相加在一起时，将导致减小的弯矩作用于桨叶。

获得此离心恢复弯矩的方式是通过设计桨叶的堆叠–即其多个翼型区段的结构，使得桨叶的重心相对于其中心线以及因此其间距改变旋转轴线偏移。相对于中心线的偏移(CG偏移)的方向和大小被选择为优化给定操作条件下的弯矩。恢复弯矩随旋转率、桨叶的重量和CG偏移而变化。

恢复弯矩通常等于：

G_载荷x CG偏移

其中：

G_载荷= W x (RPM x π x )² x R

其中W是桨叶的重量，RPM是桨叶的旋转率，并且R是桨叶的重心与螺旋桨的中心线(旋转轴线)之间的径向距离。

通常，桨叶将利用重心设计来产生在初始攀升条件下的在大小上最优且与气动弯矩相反的恢复力矩–即离心弯矩。这些是功率和气流力通常处于最大值的情况。堆叠在此类条件下会偏移重心，使得总弯矩被非常显著地减小。

虽然这在将桨叶堆叠来最小化总弯矩的操作条件下非常凑效，但是该设计在其他飞行条件下对所述桨叶而言可能是有害的。

特别地，当螺旋桨例如在着陆期间以反向推力模式操作时，桨叶的间距角是不同的并且气动力作用于桨叶的另一侧，并且偏移的重心会引起不同的离心弯矩。将气动弯矩与离心弯矩相加所得的总弯矩在反向推力模式下将不再被最小化-相反，所述总弯矩实际上可能会增加一倍，因为力矩基本上作用于相同的方向，并且恢复弯矩因此对气动弯矩具有加法效应而不是减法效应。

需要提供一种可在不同操作条件下优化恢复力矩的螺旋桨设计。

发明内容

因此，提供了一种螺旋桨桨叶布置，所述螺旋桨桨叶布置包括螺旋桨桨叶，所述螺旋桨桨叶经由保持轴承附接到桨毂并且能够随所述桨毂旋转，所述桨叶能够围绕所述桨叶的由其保持轴承的旋转轴线限定的中心线旋转，所述保持轴承被配置为使所述桨叶倾斜，使得所述桨叶的中心线相对于所述桨毂倾斜(即，桨叶中心线不与桨毂中心线相交和/或不正交于所述桨毂中心线)。